JP2011077115A - Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method - Google Patents

Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method, for polishing a workpiece provided with a wiring layer containing tungsten at a high polishing speed to obtain flatness of high level while suppressing corrosion of a tungsten film surface. <P>SOLUTION: The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing for polishing the workpiece provided with the wiring layer containing tungsten contains (A) polyethylene imine, (B) persulfate, and (C) colloidal silica, wherein the content of polyethylene imine (A) is 0.002 to 0.28 mass% and the pH is 1-3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。   The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method.

近年、半導体装置の高精細化に伴い、半導体装置内に形成される配線層の微細化が進んでいる。これに伴い、配線層を化学機械研磨(以下、「CMP」ともいう。)により平坦化する手法が用いられている。この手法としては、たとえば、半導体基板上の酸化シリコン等の絶縁膜に設けられた微細な溝や孔に、アルミニウム、銅、タングステン等の導電体金属をスパッタリング、メッキ等の方法により堆積させた後、余剰に積層された金属膜をCMPにより除去し、微細な溝や孔の部分にのみ金属を残すダマシンプロセスが一般的である(たとえば、特許文献1参照)。   In recent years, with the increase in definition of semiconductor devices, the miniaturization of wiring layers formed in the semiconductor devices has progressed. Along with this, a technique of planarizing the wiring layer by chemical mechanical polishing (hereinafter also referred to as “CMP”) is used. As this technique, for example, after depositing a conductor metal such as aluminum, copper or tungsten in a fine groove or hole provided in an insulating film such as silicon oxide on a semiconductor substrate by a method such as sputtering or plating. A damascene process is generally used in which the excessively laminated metal film is removed by CMP, and the metal is left only in the portions of fine grooves and holes (see, for example, Patent Document 1).

特に、配線間を上下縦方向に電気的に接合するプラグ等の材料には、埋め込み性に優れたタングステンが使用される。(なお、本明細書においては、配線およびプラグ等をまとめて「配線層」ともいう。)   In particular, tungsten having excellent embedding property is used as a material such as a plug for electrically connecting the wirings in the vertical and vertical directions. (In this specification, wirings, plugs, and the like are collectively referred to as “wiring layers”.)

タングステンプラグを形成するCMPでは、主に絶縁膜上に設けられたタングステン層を研磨する第1研磨処理工程と、タングステンプラグ、チタンなどのバリアメタル膜、および絶縁膜を研磨する第2研磨処理工程が順に実施される。(なお、本明細書においては、タングステン層およびタングステンプラグをまとめて「タングステン膜」ともいう。)   In CMP for forming a tungsten plug, a first polishing process for mainly polishing a tungsten layer provided on an insulating film, and a second polishing process for polishing a barrier metal film such as a tungsten plug and titanium, and an insulating film. Are implemented in order. (Note that in this specification, the tungsten layer and the tungsten plug are collectively referred to as a “tungsten film”.)

このようなタングステン膜の化学機械研磨に関して、たとえば特許文献2には、仕上げ研磨の前段階(前記第1研磨処理工程に相当)に当たる研磨において、高い研磨レートおよび、研磨後のウエハ表面の面粗れ(研磨促進剤であるアミン化合物とシリコンとの高い反応性に起因する。)の防止を目的とした、砥粒(コロイダルシリカ等)、塩基性低分子化合物(アミン化合物など)および窒素含有基を含む水溶性高分子化合物(ポリエチレンイミン等)を含む半導体研磨用組成物が開示されている。   Regarding such chemical mechanical polishing of a tungsten film, for example, Patent Document 2 discloses a high polishing rate and a rough surface of the wafer surface after polishing in polishing that corresponds to a stage before finish polishing (corresponding to the first polishing process). Abrasive grains (such as colloidal silica), basic low molecular weight compounds (such as amine compounds), and nitrogen-containing groups for the purpose of preventing this (due to the high reactivity between amine compounds as polishing accelerators and silicon) A semiconductor polishing composition containing a water-soluble polymer compound containing polyethylene (such as polyethyleneimine) is disclosed.

また特許文献3には、タングステンのエッチング剤(酸化剤など)、1ppm〜1000ppmの量で存在するタングステンのエッチング抑制剤(窒素原子を含む特定のポリマーなど)、および水を含む化学機械研磨組成物を用いて研磨を行う、タングステンを含む基材の化学機械研磨方法が開示されている。この研磨方法で用いられる化学機械研磨組成物は、任意成分として研磨剤(シリカなど。コロイド状であることが好ましい。)、および過化合物(モノ過硫酸塩(SO5 2-)、ジ過硫酸塩(S28 2-)など)を含んでいても良い。 Further, Patent Document 3 discloses a chemical mechanical polishing composition containing a tungsten etchant (such as an oxidizing agent), a tungsten etch inhibitor (such as a specific polymer containing nitrogen atoms) present in an amount of 1 ppm to 1000 ppm, and water. A method for chemical mechanical polishing of a tungsten-containing substrate, which is polished by using the above, is disclosed. The chemical mechanical polishing composition used in this polishing method comprises, as optional components, an abrasive (such as silica, preferably colloidal), and a per compound (monopersulfate (SO 5 2- ), dipersulfate). Salt (S 2 O 8 2− ) and the like).

しかしながら、より大きな研磨速度、被研磨面の高度な平坦化、および被研磨面の腐食の抑制、をバランス良く達成することができるタングステン膜研磨用水分散体は得られていない。   However, an aqueous dispersion for polishing a tungsten film that can achieve a higher polishing rate, advanced planarization of the surface to be polished, and suppression of corrosion of the surface to be polished in a balanced manner has not been obtained.

なお、特許文献4には、ダマシンプロセスが念頭におかれた化学機械研磨用水系分散体ではないが、研磨剤(シリカ等)と、液体キャリヤー(水等)と、正電荷の高分子電解質(ポリエチレンイミン等)とを含んでなり、該研磨剤がコロイド状で安定であり、該正電荷の高分子電解質と静電結合した粒子を含んでなる化学機械研磨系が開示されており、この化学機械研磨系における高分子電解質の含有割合は、たとえば例1に記載された組成物においては、2.5wt%である。   In Patent Document 4, although not a chemical mechanical polishing aqueous dispersion with the damascene process in mind, an abrasive (silica, etc.), a liquid carrier (water, etc.), a positively charged polymer electrolyte ( A chemical mechanical polishing system is disclosed in which the abrasive is colloidal and stable and includes particles electrostatically bonded to the positively charged polyelectrolyte. For example, in the composition described in Example 1, the content of the polymer electrolyte in the mechanical polishing system is 2.5 wt%.

特表2002−518845号公報Special table 2002-518845 gazette 特開2007−19093号公報JP 2007-19093 A 特表2008−503875号公報Special table 2008-503875 gazette 特表2005−518091号公報JP 2005-518091 A

本発明の目的は、タングステンを含む配線層が設けられた被処理体(半導体ウエハなど)、特に該被処理体の、タングステン膜と酸化シリコン膜等の絶縁膜とが共存する被処理面を、大きな研磨速度で、しかも高度に平坦になるように、かつタングステン膜表面の腐食を抑制しつつ研磨するための化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an object to be processed (such as a semiconductor wafer) provided with a wiring layer containing tungsten, particularly a surface to be processed in which an insulating film such as a tungsten film and a silicon oxide film coexists. An object of the present invention is to provide an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method for polishing at a high polishing rate so as to be highly flat and while suppressing corrosion of the tungsten film surface.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
(A)ポリエチレンイミンと、
(B)過硫酸塩と、
(C)コロイダルシリカと
を含有し、
前記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)は0.002〜0.28質量%であり、
pHの値は、1〜3である。
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is a chemical mechanical polishing aqueous dispersion for polishing a workpiece provided with a wiring layer containing tungsten,
(A) polyethyleneimine;
(B) persulfate;
(C) containing colloidal silica,
The content ratio (M A ) of (A) polyethyleneimine is 0.002 to 0.28% by mass,
The pH value is 1-3.

前記(B)過硫酸塩は、過硫酸アンモニウムであってもよい。
前記(A)ポリエチレンイミンの数平均分子量は、200〜1,000,000であってもよい。
The (B) persulfate may be ammonium persulfate.
The number average molecular weight of the (A) polyethyleneimine may be 200 to 1,000,000.

前記(B)過硫酸塩の含有割合(MB)は、0.5質量%〜3.3質量%であってもよい。
前記(C)コロイダルシリカの含有割合(MC)は、1質量%〜20質量%であってもよい。
(B) the content of the persulfate (M B) may be 0.5 wt% to 3.3 wt%.
Wherein (C) the content of colloidal silica (M C) may be 1% to 20% by weight.

前記被処理体は、タングステンプラグを有する絶縁膜を含む被処理体であってもよい。
前記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)[質量%]および前記(B)過硫酸塩の含有割合(MB)[質量%]は、0.0005≦MA/MB≦0.5の関係を有していてもよい。
The object to be processed may be an object to be processed including an insulating film having a tungsten plug.
(A) the content of polyethyleneimine (M A) [wt%] and the (B) content of the persulfate (M B) [wt%] is, 0.0005 ≦ M A / M B ≦ 0. There may be five relationships.

本発明に係る化学機械研磨方法は、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を用いて、タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体を研磨するというものである。   The chemical mechanical polishing method according to the present invention is to polish an object to be processed provided with a wiring layer containing tungsten using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention.

上記化学機械研磨用水系分散体によれば、タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体、特に該被処理体の、タングステン膜と酸化シリコン膜等の絶縁膜とが共存する被研磨面を、大きな研磨速度で、しかもエロージョン等を抑制することにより高度に平坦になるように、かつタングステン膜表面の腐食などの欠陥を抑制しつつ研磨することができる。   According to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, an object to be processed provided with a wiring layer containing tungsten, particularly an object to be processed in which the tungsten film and an insulating film such as a silicon oxide film of the object to be processed coexist. The surface can be polished at a high polishing rate so as to be highly flat by suppressing erosion and the like, and while suppressing defects such as corrosion of the tungsten film surface.

本実施形態に係る化学機械研磨方法により研磨される被処理体の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the to-be-processed object grind | polished by the chemical mechanical polishing method which concerns on this embodiment. 第1研磨処理工程終了時の前記被処理体を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the said to-be-processed object at the time of completion | finish of a 1st grinding | polishing processing process. 第2研磨処理工程終了時の前記被処理体を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the said to-be-processed object at the time of completion | finish of a 2nd grinding | polishing processing process. 化学機械研磨装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows a chemical mechanical polishing apparatus typically.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
1.化学機械研磨用水系分散体
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、(A)ポリエチレンイミンと、(B)過硫酸塩と、(C)コロイダルシリカとを含有し、前記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)は0.002〜0.28質量%であり、pHの値は1〜3である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
1. Chemical mechanical polishing aqueous dispersion The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is a chemical mechanical polishing aqueous dispersion for polishing a target object provided with a wiring layer containing tungsten. It contains (A) polyethyleneimine, (B) persulfate, and (C) colloidal silica, and the content (M A ) of (A) polyethyleneimine is 0.002 to 0.28% by mass. The pH value is 1-3.

前記化学機械研磨用水系分散体の研磨対象は、タングステンを含んでなる配線層が設けられた半導体ウエハ等の被処理体である。具体的には、タングステンプラグを有する絶縁膜(例:酸化シリコン膜)を含む被処理体が挙げられる。   The polishing target of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is an object to be processed such as a semiconductor wafer provided with a wiring layer containing tungsten. Specifically, an object to be processed including an insulating film (eg, silicon oxide film) having a tungsten plug can be given.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を用いることによって、タングステン膜と酸化シリコン膜等の絶縁膜とが共存する被研磨面を、大きな研磨速度で、エロージョン等を抑制し、かつタングステン膜表面に腐食などの欠陥を発生させずに、研磨することができる。
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を構成する各成分について以下に説明する。
By using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention, the surface to be polished on which the tungsten film and the insulating film such as the silicon oxide film coexist can be suppressed at a high polishing rate, erosion, etc. Polishing can be performed without causing defects such as corrosion.
Each component constituting the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention will be described below.

1.1 (A)ポリエチレンイミン
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、カチオン性高分子化合物であるポリエチレンイミンを含有する。
1.1 (A) Polyethyleneimine The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention contains polyethyleneimine , which is a cationic polymer compound.

一般に、カチオン性高分子化合物は、水溶液中で負電荷を帯びたタングステン膜表面に容易に吸着する。その結果、タングステン膜が酸化されることを阻害できるため、タングステン膜の化学的研磨速度を抑制する。また、タングステン膜表面の酸化によって発生するタングステン膜表面の腐食を抑制すると考えられる。さらに、特許文献3によれば、カチオン性高分子化合物は機械的な研磨に対する保護膜としても作用すると考えられている。   Generally, a cationic polymer compound is easily adsorbed on the surface of a tungsten film having a negative charge in an aqueous solution. As a result, since the tungsten film can be prevented from being oxidized, the chemical polishing rate of the tungsten film is suppressed. Moreover, it is thought that corrosion of the tungsten film surface generated by oxidation of the tungsten film surface is suppressed. Furthermore, according to Patent Document 3, it is considered that the cationic polymer compound also acts as a protective film against mechanical polishing.

ポリエチレンイミンは、一般に入手できるカチオン性水溶性高分子化合物の中では最もカチオン密度の高い高分子化合物であるため、非常に効率良くタングステン膜表面に吸着し、上記の性能を顕著に発揮する、と考えられる。   Polyethyleneimine is a polymer compound having the highest cation density among the generally available cationic water-soluble polymer compounds, so it adsorbs to the tungsten film surface very efficiently and exhibits the above performance remarkably. Conceivable.

ポリエチレンイミンの含有割合は、前記化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、0.002質量%〜0.28質量%であり、好ましくは0.004質量%〜0.23質量%であり、更に好ましくは0.008質量%〜0.15質量%である。ポリエチレンイミンの含有割合が上記範囲にある前記化学機械研磨用水系分散体を用いることにより、ディッシングやエロージョンの発生を抑制しつつ前記被処理体を研磨できる。一方、ポリエチレンイミンの含有割合が上記範囲よりも過小であると、タングステン膜の表面に保護膜を形成する効果が小さいため、タングステン膜の研磨速度が大きくなり、タングステン部分が過度に研磨されてディッシングやエロージョンが発生しやすくなる場合がある。また、タングステン膜表面の腐食が発生しやすくなる。ポリエチレンイミンの含有割合が上記範囲よりも過大であると、タングステン膜の研磨速度が抑制されすぎるため、タングステン部分が研磨されずに残留することがある。   The content ratio of polyethyleneimine is 0.002% by mass to 0.28% by mass, preferably 0.004% by mass to 0.23% by mass, with respect to the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Yes, and more preferably 0.008% by mass to 0.15% by mass. By using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in which the polyethyleneimine content is in the above range, the object to be treated can be polished while suppressing the occurrence of dishing or erosion. On the other hand, if the polyethyleneimine content is less than the above range, the effect of forming a protective film on the surface of the tungsten film is small, so the polishing speed of the tungsten film increases, and the tungsten portion is excessively polished and dishing is performed. And erosion may occur easily. In addition, corrosion of the tungsten film surface is likely to occur. If the polyethyleneimine content is higher than the above range, the polishing rate of the tungsten film is excessively suppressed, and the tungsten portion may remain without being polished.

ポリエチレンイミンの数平均分子量は、好ましくは200〜1,000,000であり、より好ましくは10,000〜100,000である。数平均分子量が上記範囲にある前記化学機械研磨用水系分散体は安定性に優れ、またこのような前記化学機械研磨用水系分散体を用いて前記被処理体を研磨すると、タングステン膜に対する研磨速度を抑制でき、かつタングステン膜表面の腐食を抑制できる。   The number average molecular weight of polyethyleneimine is preferably 200 to 1,000,000, more preferably 10,000 to 100,000. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a number average molecular weight in the above range is excellent in stability, and when the target object is polished using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, the polishing rate for the tungsten film is increased. And corrosion of the tungsten film surface can be suppressed.

上記数平均分子量は、プルラン換算の値であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(カラム型番「Shodex Asahipak GF−710HQ+GF−510HQ+GF−310HQ」(昭和電工(株)製)、溶離液は「0.2Mモノエタノールアミン水溶液」)にて測定した場合の値である。   The number average molecular weight is a pullulan conversion value, gel permeation chromatography (column model number “Shodex Asahipak GF-710HQ + GF-510HQ + GF-310HQ” (manufactured by Showa Denko KK), and the eluent is “0.2M monoethanol. It is a value when measured with an amine aqueous solution ").

1.2 (B)過硫酸塩
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、過硫酸塩を含有する。過硫酸塩は、タングステン膜の表面を酸化し、タングステン膜の研磨を促進する。
1.2 (B) Persulfate The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the invention contains a persulfate. Persulfate oxidizes the surface of the tungsten film and promotes polishing of the tungsten film.

過硫酸塩として、たとえば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等が挙げられる。これらの過硫酸塩のうち、過硫酸アンモニウム((NH4228)が特に好ましい。前記過硫酸塩が過硫酸アンモニウムである前記化学機械研磨用水系分散体を用いて前記被処理体の研磨を行うと、タングステン膜表面に酸化物膜を形成させ、後述するコロイダルシリカで該酸化物膜を削り取ることが容易となり、残渣、ディッシングおよびエロージョンを抑制しつつ、研磨速度を良好に保ちながら平坦性を有する被研磨面を得ることができる。上記の過硫酸塩は、1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。 Examples of the persulfate include ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate. Of these persulfates, ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) is particularly preferred. When the object to be treated is polished using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in which the persulfate is ammonium persulfate, an oxide film is formed on the surface of the tungsten film, and the oxide film is formed using colloidal silica described later. The surface to be polished can be obtained having flatness while maintaining a good polishing rate while suppressing residue, dishing and erosion. Said persulfate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

過硫酸塩の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは0.5質量%〜3.3質量%であり、より好ましくは1.0質量%〜2.5質量%である。過硫酸塩の含有割合が上記範囲にある前記化学機械研磨用水系分散体を用いて前記被処理体を研磨すると、ディッシングやエロージョンを抑制しつつ、適度にタングステン膜の研磨を促進することができる。   The content of persulfate is preferably 0.5% by mass to 3.3% by mass, more preferably 1.0% by mass to 2.5% by mass with respect to the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. % By mass. Polishing the object to be processed using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a persulfate content in the above range can moderately promote polishing of the tungsten film while suppressing dishing and erosion. .

1.3 (C)コロイダルシリカ
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、コロイダルシリカを含有する。コロイダルシリカは、タングステン膜を機械的に研磨する効果を有する。コロイダルシリカは、たとえば特開2003−109921号公報等に記載されているような公知の方法で製造されたものを使用することができる。
1.3 (C) Colloidal silica The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing according to the present invention contains colloidal silica. Colloidal silica has the effect of mechanically polishing the tungsten film. As the colloidal silica, one produced by a known method as described in, for example, JP-A No. 2003-109921 can be used.

コロイダルシリカの平均粒径は、好ましくは10nm〜150nmであり、より好ましくは10nm〜100nmである。コロイダルシリカの平均粒径が上記範囲内にある前記化学機械研磨用水系分散体を用いると、エロージョンを抑制しつつ、前記被処理体(パターンウエハ等)を高速で研磨することができる。   The average particle size of the colloidal silica is preferably 10 nm to 150 nm, more preferably 10 nm to 100 nm. When the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in which the average particle size of colloidal silica is within the above range is used, the target object (pattern wafer or the like) can be polished at a high speed while suppressing erosion.

上記コロイダルシリカは、平均粒径の異なるシリカを任意の濃度で混合して用いることができる。
上記コロイダルシリカの平均粒径は、BET法を用いて測定した比表面積から算出したものである。比表面積の測定には、たとえば流動式比表面積自動測定装置「micrometrics FlowSorb II 2300(島津製作所社製)」等を用いることができる。以下に、コロイダルシリカの比表面積から平均粒径を算出する方法について説明する。
The colloidal silica can be used by mixing silicas having different average particle diameters at an arbitrary concentration.
The average particle diameter of the colloidal silica is calculated from the specific surface area measured using the BET method. For the measurement of the specific surface area, for example, a flow type specific surface area automatic measuring device “micrometrics FlowSorb II 2300 (manufactured by Shimadzu Corporation)” or the like can be used. Below, the method of calculating an average particle diameter from the specific surface area of colloidal silica is demonstrated.

コロイダルシリカの形状を真球状粒子であると仮定し、粒子の直径をd(nm)、比重をρ(g/cm3)とする。粒子n個の表面積Aは、A=nπd2となる。粒子n個の質量Nは、N=ρnπd3/6となる。比表面積Sは、粉体の単位質量当たりの全構成粒子の表面積で表される。そうすると、粒子n個の比表面積Sは、S=A/N=6/ρdとなる。この式に、コロイダルシリカの比重ρ=2.2を代入し、単位を換算すると、下記式(1)を導き出すことができる。
平均粒径(nm)=2727/S(m2/g) …(1)
Assuming that the shape of the colloidal silica is a true spherical particle, the diameter of the particle is d (nm) and the specific gravity is ρ (g / cm 3 ). The surface area A of n particles is A = nπd 2 . N particles mass N becomes N = ρnπd 3/6. The specific surface area S is represented by the surface area of all the constituent particles per unit mass of the powder. Then, the specific surface area S of n particles is S = A / N = 6 / ρd. By substituting the specific gravity ρ = 2.2 of colloidal silica into this equation and converting the unit, the following equation (1) can be derived.
Average particle diameter (nm) = 2727 / S (m 2 / g) (1)

コロイダルシリカの含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは1質量%〜20質量%であり、より好ましくは1質量%〜15質量%であり、特に好ましくは1質量%〜10質量%である。コロイダルシリカの含有割合が上記範囲にある前記化学機械研磨用水系分散体は、コロイダルシリカが凝集することなく安定であり、このような前記化学機械研磨用水系分散体を用いて前記被処理体を研磨すると、タングステン膜および絶縁膜を十分な研磨速度で研磨することができる。   The content of colloidal silica is preferably 1% by mass to 20% by mass, more preferably 1% by mass to 15% by mass, and particularly preferably 1% by mass with respect to the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Mass% to 10 mass%. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a colloidal silica content within the above range is stable without agglomeration of colloidal silica, and the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is used to treat the object to be treated. When polished, the tungsten film and the insulating film can be polished at a sufficient polishing rate.

1.4 その他の添加剤
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらに過硫酸塩以外の酸化剤を含有してもよい。過硫酸塩以外の酸化剤としては、たとえば、過酸化水素、硝酸第二鉄、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸鉄、オゾンおよび過ヨウ素酸カリウム、過酢酸などが挙げられる。これらの酸化剤は1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの酸化剤のうち、酸化力、保護膜との相性、および取り扱いやすさなどを考慮すると、過酸化水素、硝酸第二鉄が特に好ましい。
1.4 Other Additives The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the invention may further contain an oxidizing agent other than persulfate. Examples of oxidizing agents other than persulfate include hydrogen peroxide, ferric nitrate, diammonium cerium nitrate, iron sulfate, ozone, potassium periodate, and peracetic acid. These oxidizing agents can be used alone or in combination of two or more. Of these oxidizing agents, hydrogen peroxide and ferric nitrate are particularly preferable in view of oxidizing power, compatibility with the protective film, ease of handling, and the like.

過硫酸塩以外の酸化剤の含有割合は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは0.05質量%〜5質量%であり、より好ましくは0.08質量%〜3質量%である。酸化剤の含有割合が上記範囲にある前記化学機械研磨用水系分散体を用いると、タングステン膜の腐食やディッシングを大きくすることなく、十分な研磨速度で前記被処理体を研磨することができる。   The content of the oxidizing agent other than persulfate is preferably 0.05% by mass to 5% by mass, more preferably 0.08% by mass to 3%, based on the total mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. % By mass. When the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in which the content of the oxidizing agent is within the above range is used, the object to be processed can be polished at a sufficient polishing rate without increasing the corrosion or dishing of the tungsten film.

1.5 含有比率
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、上記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)[質量%]および上記(B)過硫酸塩の含有割合(MB)[質量%]は、好ましくは0.0005≦MA/MB≦0.5、さらに好ましくは0.002≦MA/MB≦0.23、より好ましくは0.003≦MA/MB≦0.15の関係を有する。MA/MBの値が上記範囲内にあると、タングステン膜に対する研磨速度と絶縁膜に対する研磨速度とのバランスに優れ、タングステン膜と絶縁膜とが共存するような被研磨面を研磨する際にエロージョンあるいはプロトリュージョンの発生を抑制することができる。
1.5 Content Ratio The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention comprises (A) polyethyleneimine content (M A ) [mass%] and (B) persulfate content (M B ). [% By mass] is preferably 0.0005 ≦ M A / M B ≦ 0.5, more preferably 0.002 ≦ M A / M B ≦ 0.23, and more preferably 0.003 ≦ M A / M. B ≦ 0.15. When the value of M A / M B is in the above range, excellent balance between polishing rate of the polishing rate and the insulating film to the tungsten film, when polishing the surface so as to coexist with the tungsten film and the insulating film In addition, the occurrence of erosion or prototrusion can be suppressed.

1.6 pH
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体のpHは、1〜3の範囲内であり、好ましくは1〜2.5の範囲内である。pHが上記範囲内である前記化学機械研磨用水系分散体は、コロイダルシリカ粒子の沈降・分離が抑制されるため、保存安定性に優れる。また、このような前記化学機械研磨用水系分散体を用いてタングステン膜と絶縁膜とが共存する前記被処理体を研磨すると、酸化シリコン膜などの絶縁膜に対する研磨速度の著しい低下やエロージョンの発生が抑制され、良好な被研磨面を得ることができる。
1.6 pH
The pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is in the range of 1 to 3, preferably in the range of 1 to 2.5. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a pH in the above range is excellent in storage stability because the precipitation and separation of colloidal silica particles are suppressed. Further, when the object to be processed in which the tungsten film and the insulating film coexist is polished using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, the polishing rate for the insulating film such as a silicon oxide film is significantly reduced and erosion occurs. Is suppressed, and a good surface to be polished can be obtained.

上述したpHは、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸;マレイン酸、マロン酸、酒石酸、シュウ酸等の有機酸;水酸化カリウム、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等のアルカリ等を前記化学機械研磨用水系分散体に添加することによって、上記の範囲内に調整することができる。   The pH described above includes inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid; organic acids such as maleic acid, malonic acid, tartaric acid and oxalic acid; alkalis such as potassium hydroxide, ammonia and tetramethylammonium hydroxide, etc. By adding to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, it can be adjusted within the above range.

2.化学機械研磨方法
本発明に係る化学機械研磨方法は、上記の化学機械研磨用水系分散体を用いて、タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体を研磨する工程を含み、好ましくは、前記被処理体が被研磨面にタングステン膜と酸化シリコン膜等の絶縁膜とが共存する被処理体である、第2研磨処理工程を含む。
以下、本発明に係る化学機械研磨方法について、図面を用いて詳細に説明する。
2. Chemical mechanical polishing method The chemical mechanical polishing method according to the present invention includes a step of polishing a target object provided with a wiring layer containing tungsten using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, preferably And a second polishing process step in which the object to be processed is an object to be processed in which a tungsten film and an insulating film such as a silicon oxide film coexist on the surface to be polished.
Hereinafter, a chemical mechanical polishing method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

2.1 被処理体
図1に、本発明に係る化学機械研磨方法により研磨される被処理体100の一例の断面図を示す。
被処理体100は、以下の工程を経ることより形成できる。
2.1 To-be-processed object FIG. 1: shows sectional drawing of an example of the to-be-processed object 100 grind | polished by the chemical mechanical polishing method which concerns on this invention.
The target object 100 can be formed through the following steps.

(1)まず、図1に示すように、基体10を用意する。基体10は、たとえば、シリコン基板とその上に形成された酸化シリコン膜から構成されていてもよい。さらに、基体10には、トランジスタ等の機能デバイスが形成されていてもよい。次に、基体10の上に、CVD法または熱酸化法を用いて絶縁膜である酸化シリコン膜12を形成させる。   (1) First, as shown in FIG. 1, a base 10 is prepared. The base 10 may be composed of, for example, a silicon substrate and a silicon oxide film formed thereon. Furthermore, a functional device such as a transistor may be formed on the substrate 10. Next, a silicon oxide film 12 that is an insulating film is formed on the substrate 10 by using a CVD method or a thermal oxidation method.

(2)次に、酸化シリコン膜12をパターニングする。得られたパターンをマスクとして、酸化シリコン膜12にフォトリソグラフィー法を適用してプラグ14を形成させる。
(3)次に、必要に応じて、スパッタを適用して酸化シリコン膜12の表面およびプラグ14の内壁面にバリアメタル膜16を形成させる。タングステン膜(プラグ14)と酸化シリコン膜12との接着性はあまり良好でないが、バリアメタル膜を介在させることで良好な接着性は良好となる。バリアメタル膜16の材料としては、チタンおよび/または窒化チタンが挙げられる。
(4)次に、CVD法を適用してタングステン膜18を形成させる。
(2) Next, the silicon oxide film 12 is patterned. Using the obtained pattern as a mask, a plug 14 is formed on the silicon oxide film 12 by applying a photolithography method.
(3) Next, if necessary, sputtering is applied to form a barrier metal film 16 on the surface of the silicon oxide film 12 and the inner wall surface of the plug 14. The adhesion between the tungsten film (plug 14) and the silicon oxide film 12 is not very good, but good adhesion is obtained by interposing a barrier metal film. Examples of the material of the barrier metal film 16 include titanium and / or titanium nitride.
(4) Next, the tungsten film 18 is formed by applying the CVD method.

2.2 化学機械研磨方法
2.2.1 第1研磨処理工程
第1研磨処理工程は、図1に示すような被処理体を、図2に示すように、タングステン膜18および必要に応じて設けられたバリアメタル膜16を酸化シリコン膜12が露出するまで研磨する工程である。
2.2 Chemical mechanical polishing method
2.2.1 First Polishing Process Step In the first polishing process step, an object to be processed as shown in FIG. 1 is made from a tungsten film 18 and a barrier metal film 16 provided as necessary, as shown in FIG. Is polished until the silicon oxide film 12 is exposed.

2.2.2 第2研磨処理工程
第2研磨処理工程は、図3に示すように、タングステン膜18および酸化シリコン膜12ならびに必要に応じて設けられたバリアメタル膜16を同時に研磨する工程である。この第2研磨処理工程において本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を用いて研磨を行うと、この化学機械研磨用水系分散体はタングステン膜および酸化シリコン膜に対する非選択的研磨性を有するため、極めて平坦性に優れた仕上げ面を得ることができる。
2.2.2 Second Polishing Process Step The second polishing process step is a step of simultaneously polishing the tungsten film 18, the silicon oxide film 12, and the barrier metal film 16 provided as necessary, as shown in FIG. is there. When polishing is performed using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention in the second polishing processing step, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion has non-selective polishing properties for the tungsten film and the silicon oxide film. A finished surface with extremely excellent flatness can be obtained.

2.2.3 化学機械研磨装置
第1研磨処理工程および第2研磨処理工程では、たとえば、図4に示すような化学機械研磨装置200を用いることができる。図4は、化学機械研磨装置200の模式図を示している。スラリー供給ノズル42からスラリー(化学機械研磨用水系分散体)44を供給し、かつ研磨布46が貼付されたターンテーブル48を回転させながら、半導体基板50を保持したキャリアーヘッド52を当接させることにより行う。なお、図4には、水供給ノズル54およびドレッサー56も併せて示してある。
2.2.3 Chemical mechanical polishing apparatus In the first polishing process and the second polishing process, for example, a chemical mechanical polishing apparatus 200 as shown in FIG. 4 can be used. FIG. 4 shows a schematic diagram of the chemical mechanical polishing apparatus 200. The slurry (chemical mechanical polishing aqueous dispersion) 44 is supplied from the slurry supply nozzle 42, and the carrier head 52 holding the semiconductor substrate 50 is brought into contact with the turntable 48 to which the polishing cloth 46 is attached. To do. In FIG. 4, the water supply nozzle 54 and the dresser 56 are also shown.

キャリアーヘッド52の研磨荷重は、たとえば10〜1,000hPaの範囲内で選択することができ、好ましくは50〜500hPaである。また、ターンテーブル48およびキャリアーヘッド52の回転数はたとえば10〜400rpmの範囲内で適宜選択することができ、好ましくは30〜150rpmである。スラリー供給ノズル42から供給されるスラリー(化学機械研磨用水系分散体)44の流量は、たとえば10〜1,000cm3/分の範囲内で選択することができ、好ましくは50〜400cm3/分である。 The polishing load of the carrier head 52 can be selected, for example, within a range of 10 to 1,000 hPa, and preferably 50 to 500 hPa. Moreover, the rotation speed of the turntable 48 and the carrier head 52 can be suitably selected, for example within the range of 10-400 rpm, Preferably it is 30-150 rpm. Flow rate of the slurry slurry supplied from the supply nozzle 42 (chemical mechanical polishing aqueous dispersion) 44 may be selected within the range of e.g. 10~1,000cm 3 / min, preferably 50~400cm 3 / min It is.

市販の化学機械研磨装置として、たとえば、荏原製作所社製、形式「EPO−112」、「EPO−222」;ラップマスターSFT社製、型式「LGP−510」、「LGP−552」;アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」、「Reflexion」等が挙げられる。   As a commercially available chemical mechanical polishing apparatus, for example, “EPO-112”, “EPO-222” manufactured by Ebara Manufacturing Co., Ltd .; “LGP-510”, “LGP-552” manufactured by Lapmaster SFT, Applied Materials Product type, “Mirra”, “Reflexion” and the like.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
3.1 化学機械研磨用水系分散体の調製
3.1.1 コロイダルシリカ水分散体の調製
3号水硝子(シリカ濃度24質量%)を水で希釈し、シリカ濃度3.0質量%の希釈ケイ酸ナトリウム水溶液を得た。この希釈ケイ酸ナトリウム水溶液を、水素型陽イオン交換樹脂層を通過させ、ナトリウムイオンの大部分を除去したpH3.1の活性ケイ酸水溶液を得た。その後、すぐに撹拌下10質量%水酸化カリウム水溶液を加えてpHを7.2に調整し、さらに続けて加熱し沸騰させて3時間熱熟成した。得られた水溶液に、先にpHを7.2に調整した活性ケイ酸水溶液の10倍量を少量ずつ添加し、コロイダルシリカを成長させた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited at all by these Examples.
3.1 Preparation of aqueous dispersion for chemical mechanical polishing
3.1.1 Preparation of colloidal silica aqueous dispersion No. 3 water glass (silica concentration: 24% by mass) was diluted with water to obtain a diluted sodium silicate aqueous solution having a silica concentration of 3.0% by mass. This diluted sodium silicate aqueous solution was passed through a hydrogen-type cation exchange resin layer to obtain a pH 3.1 active silicic acid aqueous solution from which most of the sodium ions were removed. Thereafter, 10% by weight aqueous potassium hydroxide solution was immediately added with stirring to adjust the pH to 7.2, followed by further heating and boiling for 3 hours. To the resulting aqueous solution, 10 times the amount of the active silicic acid aqueous solution whose pH was previously adjusted to 7.2 was added little by little to grow colloidal silica.

次に、前記コロイダルシリカを含有する分散体水溶液を減圧濃縮し、シリカ濃度:32.0質量%、pH:9.8であるコロイダルシリカ水分散体を得た。このコロイダルシリカ水分散体を、再度水素型陽イオン交換樹脂層を通過させ、ナトリウムの大部分を除去した後、10質量%の水酸化カリウム水溶液を加え、シリカ粒子濃度:28.0質量%、pH:10.0であるコロイダルシリカ水分散体を得た。   Next, the dispersion aqueous solution containing the colloidal silica was concentrated under reduced pressure to obtain an aqueous colloidal silica dispersion having a silica concentration of 32.0 mass% and a pH of 9.8. This colloidal silica aqueous dispersion was passed again through the hydrogen-type cation exchange resin layer to remove most of the sodium, and then added with a 10% by mass potassium hydroxide aqueous solution to obtain a silica particle concentration of 28.0% by mass, A colloidal silica aqueous dispersion having a pH of 10.0 was obtained.

BET法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、45nmであった。なお、BET法によるコロイダルシリカ粒子の表面積測定では、シリカ粒子分散体を濃縮・乾固して回収されたコロイダルシリカを測定した値を用いた。   The average particle size calculated from the specific surface area measured using the BET method was 45 nm. In the measurement of the surface area of the colloidal silica particles by the BET method, the value obtained by measuring the colloidal silica recovered by concentrating and drying the silica particle dispersion was used.

さらに、熱熟成の時間、塩基性化合物の種類および添加量などをコントロールしながら上記と同様の方法により、BET法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径がそれぞれ45nm、80nmのコロイダルシリカ水分散体を得た。   Further, colloidal silica having average particle diameters of 45 nm and 80 nm, respectively, calculated from the specific surface area measured using the BET method by the same method as above while controlling the heat aging time, the type and amount of the basic compound, etc. An aqueous dispersion was obtained.

3.1.2 化学機械研磨用水系分散体の調製
50質量部のイオン交換水、シリカに換算して5質量部の、平均粒径が45nmのコロイダルシリカの水分散体、およびシリカに換算して1質量部の、平均粒径が80nmのコロイダルシリカの水分散体をポリエチレン製の瓶に入れ、これにポリエチレンイミン(商品名:P−1000、(株)日本触媒製、数平均分子量:16,000)水溶液をポリマー量に換算して0.003質量部に相当する量添加した。次いで過硫酸アンモニウム3質量部を添加し、これらを15分間攪拌した。最後に、全成分の合計量が100質量部、所定のpHとなるようにマレイン酸およびイオン交換水を加えた後、孔径1μmのフィルターで濾過することにより、化学機械研磨用水系分散体Aを得た。
3.1.2 Preparation of Aqueous Dispersion for Chemical Mechanical Polishing 50 parts by mass of ion-exchanged water, 5 parts by mass in terms of silica, colloidal silica aqueous dispersion having an average particle size of 45 nm, and in terms of silica 1 part by mass of an aqueous dispersion of colloidal silica having an average particle size of 80 nm is placed in a polyethylene bottle, and polyethyleneimine (trade name: P-1000, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., number average molecular weight: 16). , 000) aqueous solution was added in an amount corresponding to 0.003 parts by mass in terms of polymer amount. Next, 3 parts by mass of ammonium persulfate was added, and these were stirred for 15 minutes. Finally, maleic acid and ion-exchanged water are added so that the total amount of all components is 100 parts by mass, and then filtered with a filter having a pore size of 1 μm, whereby the chemical mechanical polishing aqueous dispersion A is obtained. Obtained.

(A)ポリエチレンイミン、(B)過硫酸塩、(C)コロイダルシリカを表1〜表4に示す成分・含有割合に変更したこと以外は、上記の化学機械研磨用水系分散体Aの調製方法と同様にして化学機械研磨用水系分散体B〜Qを製造した。なお、化学機械研磨用水系分散体Qにおいては、ポリエチレンイミンに替えて、アリルメチルエチルアンモニウムエチルサルフェイト二酸化硫黄共重合体(商品名:PAS−2401、日東紡績(株)製、数平均分子量:2,000)を使用した。   (A) Preparation method of said chemical mechanical polishing aqueous dispersion A except that polyethyleneimine, (B) persulfate, and (C) colloidal silica were changed to the components and content ratios shown in Tables 1 to 4 In the same manner, aqueous dispersions B to Q for chemical mechanical polishing were produced. In addition, in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion Q, instead of polyethyleneimine, allylmethylethylammonium ethyl sulfate sulfur dioxide copolymer (trade name: PAS-2401, manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd., number average molecular weight: 2,000) was used.

3.2 評価方法
3.2.1 ブランケットウエハの評価方法
化学機械研磨装置(荏原製作所社製、型式「EPO112」)に多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ニッタ・ハース社製、品番「POLITEX」)を装着し、化学機械研磨用水系分散体A〜Qを供給しながら、下記の研磨速度測定用基板につき、下記研磨条件にて1分間化学機械研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を評価した。その結果を表1〜4に示す。
3.2 Evaluation method
3.2.1 Blanket Wafer Evaluation Method A chemical mechanical polishing apparatus (Ebara Seisakusho, model “EPO112”) is equipped with a porous polyurethane polishing pad (Nitta Haas, product number “POLITEX”). While supplying the aqueous dispersions A to Q for polishing, the following polishing rate measurement substrate was subjected to chemical mechanical polishing treatment for 1 minute under the following polishing conditions, and the polishing rate was evaluated by the following method. The results are shown in Tables 1-4.

(1)研磨速度測定用基板
・8インチシリコン基板上に膜厚1,000nmのPETEOS膜が設けられたもの。
(2)研磨条件
・ヘッド回転数:80rpm
・ヘッド荷重:250hPa
・テーブル回転数:85rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給速度:120ml/分
(1) Polishing rate measuring substrate / PETOS film having a thickness of 1,000 nm provided on an 8-inch silicon substrate.
(2) Polishing conditions and head rotation speed: 80 rpm
・ Head load: 250 hPa
・ Table rotation speed: 85rpm
-Supply rate of chemical mechanical polishing aqueous dispersion: 120 ml / min

(3)ブランケットウエハの評価方法
光干渉式膜厚測定器(ナノメトリクス・ジャパン社製、型式「Nano Spec 6100」)を用いて研磨処理後のPETEOS膜の膜厚を測定し、化学機械研磨により減少した膜厚および研磨時間から研磨速度を算出した。
PETEOS膜の研磨速度が、40nm/min以上であった場合を良(○)、このうち60nm/min以上であった場合を優(◎)、40nm/min未満であった場合を不良(×)と評価した。
(3) Blanket wafer evaluation method The film thickness of the PETEOS film after the polishing treatment is measured using an optical interference type film thickness measuring instrument (Nanometrics Japan, model “Nano Spec 6100”), and chemical mechanical polishing is performed. The polishing rate was calculated from the reduced film thickness and polishing time.
The case where the polishing rate of the PETEOS film is 40 nm / min or more is good (◯), the case where it is 60 nm / min or more is excellent (◎), and the case where it is less than 40 nm / min is bad (×) It was evaluated.

3.2.2 パターンウエハの評価方法
化学機械研磨装置(荏原製作所社製、型式「EPO112」)に多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ニッタ・ハース社製、品番「IC1000」)を装着し、下記の基板につき、第1研磨処理工程により酸化シリコン膜(PETEOS膜)が露出するまでタングステンを除去した。その後、化学機械研磨装置(荏原製作所社製、型式「EPO112」)に多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ニッタ・ハース社製、品番「POLITEX」)を装着し、化学機械研磨用水系分散体A〜Qを供給しながら、下記研磨条件にて酸化シリコン膜の研磨量が50nmになるまで、化学機械研磨処理(第2研磨処理工程)を行い、下記の手法によってエロージョンを評価した。その結果を表1〜4に示す。
3.2.2 Pattern wafer evaluation method A porous polyurethane polishing pad (Nitta Haas, product number "IC1000") is attached to a chemical mechanical polishing apparatus (Ebara Manufacturing, model "EPO112"). About the substrate, tungsten was removed by the first polishing process until the silicon oxide film (PETEOS film) was exposed. Thereafter, a polishing pad made of porous polyurethane (product number “POLITEX” manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) is attached to a chemical mechanical polishing apparatus (manufactured by Ebara Corporation, model “EPO112”), and chemical mechanical polishing aqueous dispersions A to Q are attached. Then, chemical mechanical polishing (second polishing process) was performed until the polishing amount of the silicon oxide film reached 50 nm under the following polishing conditions, and erosion was evaluated by the following method. The results are shown in Tables 1-4.

(1)基板
パターン付き基板であるSVTC社製QCEETC057((酸化シリコン膜/)膜厚25nmのTi膜/膜厚40nmのTiN膜の順序で設けられたバリアメタル膜を介して、パターン付きの酸化シリコン膜上に膜厚500nmのタングステン膜が設けられ、かつパターン部にタングステンプラグが設けられたテスト用基板)
(2)研磨条件
・ヘッド回転数:80rpm
・ヘッド荷重:250hPa
・テーブル回転数:85rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給速度:120ml/分
(1) Substrate QCEETC057 ((silicon oxide film) / 25 nm thick Ti film / 40 nm thick TiN film in this order, which is a substrate with a pattern, is a substrate with a pattern, and is oxidized with a pattern. (Test substrate in which a tungsten film having a thickness of 500 nm is provided on a silicon film and a tungsten plug is provided in a pattern portion)
(2) Polishing conditions and head rotation speed: 80 rpm
・ Head load: 250 hPa
・ Table rotation speed: 85rpm
-Supply rate of chemical mechanical polishing aqueous dispersion: 120 ml / min

(3)エロージョンの評価方法
研磨処理後の被研磨面につき、高解像度プロファイラー(ケーエルエー・テンコール社)製、型式「HRP240ETCH」)を用いて、プラグパターン部(孔径0.3μm、被覆率4%)におけるエロージョン量(nm)を測定した。結果を表1〜4に併せて記載した。なお、エロージョン量は、プラグパターン部が基準面(絶縁膜(酸化シリコン膜)上面)よりも上に凸である場合はマイナスで表示した。エロージョン量が−10〜20nmであった場合を良(○)と評価し、この範囲の中でも−5〜15nmであった場合を優(◎)と、この範囲を外れた場合を不良(×)と評価した。
(3) Erosion Evaluation Method For the surface to be polished after polishing, a plug pattern part (hole diameter: 0.3 μm, coverage: 4%) using a high resolution profiler (model KRP Tencor), model “HRP240ETCH” The amount of erosion (nm) was measured. The results are listed in Tables 1 to 4. Note that the erosion amount is indicated as minus when the plug pattern portion is convex above the reference surface (the upper surface of the insulating film (silicon oxide film)). When the amount of erosion was −10 to 20 nm, it was evaluated as good (◯), and when it was −5 to 15 nm within this range, it was excellent (◎), and when it was outside this range, it was poor (×) It was evaluated.

(4)タングステン膜表面腐食の評価方法
研磨処理後の被研磨面につき、SEM(日立ハイテク社製、型式「S4800」)を用いて、プラグパターン部(孔径0.3μm、被覆率4%)における腐食の有無を測定した。結果を表1〜4に併せて記載した。
(4) Evaluation Method of Tungsten Film Surface Corrosion For the surface to be polished after polishing, using a SEM (manufactured by Hitachi High-Tech, model “S4800”), in the plug pattern portion (hole diameter 0.3 μm, coverage 4%) The presence or absence of corrosion was measured. The results are listed in Tables 1 to 4.

3.2.3 保存安定性の評価方法
化学機械研磨用水系分散体A〜Qにつき、25℃の密閉された恒温槽内で3ヶ月間静置保存し、沈降物の有無、凝集分離の有無を調査した。結果を表1〜4に併せて記載した。
3.2.3 Evaluation Method of Storage Stability The chemical mechanical polishing aqueous dispersions A to Q are stored in a sealed thermostat at 25 ° C. for 3 months, and the presence or absence of precipitates and the presence or absence of agglomeration / separation. investigated. The results are listed in Tables 1 to 4.

3.3 評価結果3.3 Evaluation results

Figure 2011077115
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実施例1〜12の化学機械研磨用水系分散体を用いた場合には、いずれも、PETEOS膜の研磨において高い研磨速度が達成され、またパターン付き研磨基板の研磨において、エロージョンの発生を抑制でき、かつ腐食の抑制された研磨面を得ることができた。
Figure 2011077115
When the chemical mechanical polishing aqueous dispersions of Examples 1 to 12 were used, a high polishing rate was achieved in polishing the PETEOS film, and generation of erosion could be suppressed in polishing the patterned polishing substrate. In addition, it was possible to obtain a polished surface in which corrosion was suppressed.

比較例1の化学機械研磨用水系分散体においては、ポリエチレンイミンの含有割合(MA)が0.002質量%未満であった。そのため、エロージョンが明らかに悪化した。
比較例2の化学機械研磨用水系分散体は、ポリエチレンイミンの含有割合(MA)が0.28質量%を超えていた。そのため、プロトリュージョンが発生した。
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Comparative Example 1, the polyethyleneimine content (M A ) was less than 0.002 mass%. Therefore, the erosion was clearly worsened.
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Comparative Example 2, the polyethyleneimine content (M A ) exceeded 0.28 mass%. Therefore, protolution occurred.

比較例3の化学機械研磨用水系分散体は、pHが3を超えていた。そのため、コロイダルシリカ粒子の沈降・分離を引き起こし、化学機械研磨用水系分散体としての保存安定性等が悪化した。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Comparative Example 3 had a pH exceeding 3. Therefore, colloidal silica particles were precipitated and separated, and the storage stability as an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing deteriorated.

比較例4の化学機械研磨用水系分散体は、コロイダルシリカを含んでいなかった。そのため、酸化シリコン膜(PETEOS膜)に対する十分な研磨速度が得られなかった。
比較例5の化学機械研磨用水系分散体においては、ポリエチレンイミンの替わりに、特許文献3に挙げられた四級窒素原子を有するポリマーの一種であるジアリルメチルエチルアンモニウムエチルサルフェイト二酸化硫黄共重合体が用いられた。そのため、エロージョンが明らかに悪化した。またタングステン膜表面の腐食も認められた。
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Comparative Example 4 did not contain colloidal silica. Therefore, a sufficient polishing rate for the silicon oxide film (PETEOS film) cannot be obtained.
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of Comparative Example 5, diallylmethylethylammonium ethyl sulfate sulfur dioxide copolymer, which is a kind of polymer having a quaternary nitrogen atom listed in Patent Document 3, instead of polyethyleneimine Was used. Therefore, the erosion was clearly worsened. Corrosion of the tungsten film surface was also observed.

なお、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、Cu、Al、W、Ti、TiN、Ta、TaN、V、Mo、Ru、Zr、Mn、Ni、Fe、Ag、Mg、MnまたはSiからなる層、これらの元素または化合物からなる層を含む積層構造に対しても有効であると期待される。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention includes Cu, Al, W, Ti, TiN, Ta, TaN, V, Mo, Ru, Zr, Mn, Ni, Fe, Ag, Mg, Mn, or Si. It is expected to be effective for a layered structure including a layer composed of the above and a layer composed of these elements or compounds.

10…基体
12…酸化シリコン膜
14…プラグ
16…バリアメタル膜
18…タングステン膜
42…スラリー供給ノズル
44…スラリー
46…研磨布
48…ターンテーブル
50…半導体基板
52…キャリアーヘッド
54…水供給ノズル
56…ドレッサー
100…被処理体
200…化学機械研磨装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base | substrate 12 ... Silicon oxide film 14 ... Plug 16 ... Barrier metal film 18 ... Tungsten film 42 ... Slurry supply nozzle 44 ... Slurry 46 ... Polishing cloth 48 ... Turntable 50 ... Semiconductor substrate 52 ... Carrier head 54 ... Water supply nozzle 56 ... Dresser 100 ... Subject 200 ... Chemical mechanical polishing apparatus

Claims (8)

タングステンを含んでなる配線層が設けられた被処理体を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
(A)ポリエチレンイミンと、
(B)過硫酸塩と、
(C)コロイダルシリカと
を含有し、
前記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)が0.002〜0.28質量%であり、
pHの値が、1〜3である
化学機械研磨用水系分散体。
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing for polishing an object to be processed provided with a wiring layer containing tungsten,
(A) polyethyleneimine;
(B) persulfate;
(C) containing colloidal silica,
The content ratio (M A ) of (A) polyethyleneimine is 0.002 to 0.28% by mass,
A chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a pH value of 1 to 3.
前記(B)過硫酸塩が過硫酸アンモニウムである、請求項1に記載の化学機械研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing according to claim 1, wherein the (B) persulfate is ammonium persulfate. 前記(A)ポリエチレンイミンの数平均分子量が200〜1,000,000である、請求項1ないし請求項2のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。   3. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, wherein the (A) polyethyleneimine has a number average molecular weight of 200 to 1,000,000. 4. 前記(B)過硫酸塩の含有割合(MB)が0.5質量%〜3.3質量%である、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。 (B) the content of the persulfate (M B) is 0.5 wt% to 3.3 wt%, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of claims 1 to 3 body. 前記(C)コロイダルシリカの含有割合(MC)が1質量%〜20質量%である、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。 5. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, wherein the content ratio (M C ) of the (C) colloidal silica is 1% by mass to 20% by mass. 前記被処理体が、タングステンプラグを有する絶縁膜を含む、請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of claims 1 to 5, wherein the object to be processed includes an insulating film having a tungsten plug. 前記(A)ポリエチレンイミンの含有割合(MA)[質量%]および前記(B)過硫酸塩の含有割合(MB)[質量%]が、0.0005≦MA/MB≦0.5の関係を有する、請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。 (A) the content of polyethyleneimine (M A) [wt%] and the (B) content of the persulfate (M B) [wt%] is, 0.0005 ≦ M A / M B ≦ 0. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of claims 1 to 6, which has a relationship of 5. 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、タングステンを含む配線層が設けられた被処理体を研磨する、化学機械研磨方法。   A chemical mechanical polishing method for polishing a target object provided with a wiring layer containing tungsten using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017065098A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 日東紡績株式会社 Copolymer of diallylamines and sulfur dioxide, and method for producing same
JP2017186403A (en) * 2016-04-01 2017-10-12 デンカ株式会社 Polishing silica and method using the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184734A (en) * 2000-12-19 2002-06-28 Tokuyama Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2004266155A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Jsr Corp Water dispersed element for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method using the same and method for manufacturing semiconductor device
JP2006196671A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Nitta Haas Inc Composition for polishing semiconductor and polishing method of semiconductor
JP2007320031A (en) * 2007-07-24 2007-12-13 Kao Corp Polishing liquid composition
JP2008055591A (en) * 2006-03-31 2008-03-13 Kohjin Co Ltd Machining speed improver, and water soluble polish/grind agent including machining speed improver

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002184734A (en) * 2000-12-19 2002-06-28 Tokuyama Corp Manufacturing method of semiconductor device
JP2004266155A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Jsr Corp Water dispersed element for chemical mechanical polishing and chemical mechanical polishing method using the same and method for manufacturing semiconductor device
JP2006196671A (en) * 2005-01-13 2006-07-27 Nitta Haas Inc Composition for polishing semiconductor and polishing method of semiconductor
JP2008055591A (en) * 2006-03-31 2008-03-13 Kohjin Co Ltd Machining speed improver, and water soluble polish/grind agent including machining speed improver
JP2007320031A (en) * 2007-07-24 2007-12-13 Kao Corp Polishing liquid composition

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017065098A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-20 日東紡績株式会社 Copolymer of diallylamines and sulfur dioxide, and method for producing same
JP2017075243A (en) * 2015-10-15 2017-04-20 日東紡績株式会社 Copolymer of diallylamines and sulfur dioxide and method for producing the same
US10442895B2 (en) 2015-10-15 2019-10-15 Nitto Boseki Co., Ltd. Copolymer of diallylamines and sulfur dioxide, and method for producing same
US10988577B2 (en) 2015-10-15 2021-04-27 Nitto Boseki Co., Ltd. Copolymer of diallylamines and sulfur dioxide, and method for producing same
JP2017186403A (en) * 2016-04-01 2017-10-12 デンカ株式会社 Polishing silica and method using the same

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